Кіріспе
Ядролық емес құрылғы, электромагниттік импульс жасайды. Жарылыс арқылы жұмыс істейтін магниттік ағын қысылу генераторы (EPFCG) – жоғары қуатты электромагниттік импульс жасау үшін, жоғары жарылғыш заттарды пайдаланып магниттік ағынды қысып жұмыс істейтін құрылғы. EPFCG құрылғы жұмыс істеу кезінде физикалық түрде жойылғандықтан, тек бір ғана импульс тудырады. Оның жұмыс істеуі үшін бастапқы ток импульсі қажет, оны әдетте конденсаторлармен қамтамасыз етеді. Жарылыс арқылы жұмыс істейтін магниттік ағын қысылу генераторлары физика және материалтану ғылымдарында зерттеулер үшін өте жоғары магниттік өрістерді және импульстік қуатты қолдану үшін өте күшті электр тогы импульстарын жасауға қолданылады. Бұл генераторлар, ядролық электромагниттік импульс құрылғысының құны, қосалқы әсерлері немесе үлкен қашықтығы жоқ электромагниттік импульс тудыратын, уақытша электромагниттік құрылғылар деп аталатын электрондық соғыс құрылғыларына қуат беру көзі ретінде зерттелуде. Осы генераторлар бойынша алғашқы жұмыстарды 1950-ші жылдардың басында КСРО-ның Саров қаласындағы ядролық зерттеулер орталығы VNIIEF жүргізді, одан кейін АҚШ-тағы Лос-Аламос Ұлттық зертханасы.
An explosively pumped flux compression generator (EPFCG) is a device used to generate a high power electromagnetic pulse by compressing magnetic flux using high explosive. An EPFCG only ever generates a single pulse as the device is physically destroyed during operation. They require a starting current pulse to operate, usually supplied by capacitors. Explosively pumped flux compression generators are used to create ultrahigh magnetic fields in physics and materials science research and extremely intense pulses of electric current for pulsed power applications. They are being investigated as power sources for electronic warfare devices known as transient electromagnetic devices that generate an electromagnetic pulse without the costs, side effects, or enormous range of a nuclear electromagnetic pulse device. The first work on these generators was conducted by the VNIIEF center for nuclear research in Sarov in the Soviet Union at the beginning of the 1950s followed by Los Alamos National Laboratory in the United States.
Тарих
1950 жылдардың басында ядролық синтезді зерттеумен айналысқан совет ғалымдарына өте қысқа және қуатты электр импульстарының қажеттілігі анық болды. Энергияны конденсаторларда сақтайтын Маркс генераторы сол кезде мұндай жоғары қуатты импульстарды тудыра алатын жалғыз құрылғы еді. Көрсетілген қуатты алу үшін қажетті конденсаторлардың тым қымбат болуы арзан құрылғы іздеуге түрткі болды. Андрей Сахаровтың идеяларының нәтижесінде жасалған алғашқы магниттік жарылыс генераторлары осы міндетті орындауға арналған еді. Флюстың магнит өрісінің күшіне, бет ауданына көбейтілгеніне тең болғандықтан, бет ауданы кішірейген сайын өткізгіштің ішіндегі магнит өрісінің күші артады. Қысу процесі жарылғыш заттардың химиялық энергиясын үлкен электр тогымен қоршалған күшті магнит өрісінің энергиясына жартылай түрлендіреді. Флюстың генераторының мақсаты өте күшті магнит өрісі импульсын немесе өте күшті электр тогы импульсын жасау болуы мүмкін; екінші жағдайда жабық өткізгіш сыртқы электр тізбегіне қосылады. Бұл техника Жердегі ең күшті жасанды магнит өрістерін жасау үшін қолданылды; шамамен 1000 теслаға дейін (әдеттегі неодим тұрақты магнит күшінің 1000 есеге жуығы) өрістерді бірнеше микросекунд ішінде жасауға болады.
Ағынды қысымның негізгі сипаттамасы
Сыртқы магнит өрісі (көк түсті сызықтар) толығымен өткізгіш (кедергісі нөлге тең) жасалған жабық сақинадан өтеді. Сақина арқылы өтетін магниттік ағынның жалпы көлемі магнит өрісінің сақинаны қамтитын беттің ауданына көбейтілгеніне тең. Тоғыз өріс сызығы сақинадан өтетін магниттік ағынды көрсетеді. Егер сақина деформацияланса және оның көлденең қимасының ауданы азайса, бес өріс сызығымен бейнеленген сақина арқылы өтетін магниттік ағын сақина ауданының азаюымен пропорционалды түрде азаяды. Магниттік ағындағы өзгеріс Фарадейдің индукция заңы бойынша сақинада ток (қызыл жебелер) тудырады, ал бұл ток Ампердің айналмалы заңы бойынша сымды айналдыратын жаңа магнит өрісін (жасыл жебелер) жасайды. Жаңа магнит өрісі сақинаның сыртындағы өріске қарсы, ал ішкі өрісіне қосылады, осылайша сақина ішіндегі жалпы ағын сақталады: бес көк сызыққа төрт жасыл сызық қосылып, бастапқы тоғыз сызықты құрайды. Сыртқы магнит өрісі мен индукцияланған өрістің қосындысынан, тесіктен бастапқыда өткен магнит өрісі сызықтары тесіктің ішінде қалады, ағын сақталады және өткізгіш сақинада ток пайда болады деген қорытындыға келуге болады. Магнит өрісі сызықтары біріне-бірі жақындап "қысылады", сондықтан сақина ішіндегі магнит өрісінің қарқындылығы бастапқы ауданға қарағанда соңғы ауданға пропорционалды түрде артады.
Генераторлардың әртүрлі түрлері
Ағынды қысымның қарапайым негізгі принципі әр түрлі жолдармен қолданылуы мүмкін. Саровтағы ВНИИЭФ-тің кеңес ғалымдары, осы саланың пионерлері, генераторлардың үш түрлі түрін ұсынды: Роберт Людаев әзірлеген генератордың бірінші түрінде (МК 1, 1951), орамды өткізгіш арқылы туындаған магнит ағыны жарылғыш заттармен қоршалған қуыс металл түтіктің ішіне шектелген және жарылғыш заттар оқ аталған кезде күшті қысымға ұшырайды; АҚШ-та он екі жылдан кейін С. М. (Макс) Фаулердің Лос-Аламостағы тобы осындай құрылғыны жасады. Екінші типтегі генераторда (MK 2, 1952) сыртқы өткізгіш орамдары мен жарылғыш заттармен толтырылған орталық өткізгіш түтік арасындағы магнит ағыны, жарылыс толқыны құрылғы арқылы өтетін кезде орталық түтіктің деформациясынан пайда болған конустық «қозғалтқышпен» қысылады. Владимир Чернышев әзірлеген үшінші типтегі генератор (DEMG) цилиндр пішіндес және бір-біріне жұптасқан қуыс металл дискілердің жиынтығынан тұрады, бұл қажетті қуатқа байланысты сандары өзгеретін қуыс модульдерді құрайды, ал олар жарылғыш заттармен бөлінеді; әрбір модуль дербес генератор ретінде жұмыс істейді. Мұндай генераторларды қажет болған жағдайда жеке пайдалануға болады, тіпті оларды бірізді кезеңдер тізбегінде құрастыруға болады: әрбір генератор өндірген энергия келесісіне беріледі, ол импульсті күшейтеді, және т.б. Мысалы, DEMG генераторы MK 2 типті генератормен жабдықталуы мүмкін деп болжануда. Сондай-ақ, оларды эксперимент аяқталғаннан кейін бір рет қолданып тастауға немесе қанағаттанарлық пайдалану мерзіміне сәйкес қайта-қайта пайдалануға болады.
In the first type of generator (MK 1, 1951) developed by Robert Lyudaev, the magnetic flux produced by a wound conductor is confined to the interior of a hollow metallic tube surrounded by explosives, and submitted to a violent compression when the explosives are fired; a device of the same type was developed in the United States a dozen years later by C. M. (Max) Fowler's team at Los Alamos. In the second type of generator (MK 2, 1952), the magnetic flux, confined between the windings of the external conductor and a central conductive tube filled with explosive, is compressed by the conical 'piston' created by the deformation of the central tube as the detonation wave travels across the device. A third type of generator (DEMG), developed by Vladimir Chernyshev, is cylindrical, and contains a stack of concave metallic disks, facing each other in pairs, to create hollow modules (with the number varying according to the desired power), and separated by explosives; each module functions as an independent generator. Such generators can, if necessary, be utilised independently, or even assembled in a chain of successive stages: the energy produced by each generator is transferred to the next, which amplifies the pulse, and so on. For example, it is foreseen that the DEMG generator will be supplied by a MK 2 type generator. Also, these can be either destructed just after a experiment, or used again and again while complying acceptable time to use.